Ученые ТГУ создают новые сплавы, способные выдержать нагрузки космоса

Физики работают над созданием высокоэнтропийных сплавов, отличающихся необычной структурой кристаллической решетки. Именно она обеспечивает новым материалам комплекс характеристик, которые делают их пригодными для использования в экстремальных условиях космоса и Арктики.

Объектом исследования физиков ТГУ являются высокоэнтропийные сплавы FeNiCoCr(+Al, TiAl и Mo). Соединения с таким химическим составом используются только в поликристалическом состоянии. Сотрудники лаборатории первыми в мире смогли вырастить монокристаллы и упрочнили их наночастицами. В настоящее время физики исследуют микроструктуру, механизмы деформации и механические свойства полученных монокристаллов.

«Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) – это новый класс соединений, дизайн которых основывается не на добавлении небольшого количества металла к одному базовому элементу (например, бронза — это медь с добавлением олова), а на смешивании многих металлов в приблизительно равных количествах. В случае с высокоэнтропийными сплавами атомы различных элементов располагаются произвольным образом в решетке, т.е. это неупорядочненные сплавы»,

– объясняет руководитель проекта, сотрудник лаборатории физики высокопрочных кристаллов Ирина Киреева.

Такие сплавы состоят обычно из пяти и более компонентов. Все атомы имеют одинаковую вероятность расположения в определенном узле решетки. Наличие разнородных атомов элементов с разными размерами приводит к существенному искажению кристаллической решетки и затруднению диффузии, что, в свою очередь, обеспечивает рост прочностных свойств и их стабильность в широком температурном интервале.

Уникальная структура обеспечивает высокоэнтропийному сплаву целый комплекс важных эксплуатационных характеристик, таких как твердость, износостойкость, устойчивость к окислению и коррозии, высокая термическая стабильность по сравнению с традиционными материалами. Эти свойства позволяют найти широкое применение ВЭС в экстремальных температурных условиях ниже 120 К (-153°С) (криогенные температуры).

«В рамках проекта особое внимание будет уделено микроструктуре ВЭС сплава FeNiCoCr(+Al, TiAl и Mo). За счет изменения микроструктуры, а именно выделения наноразмерных частиц, планируется расширить рабочий интервал температур материала, что позволит эксплуатировать его не только в области низких температур, но и в высокотемпературном режиме – до +700°С»,

– говорит Ирина Киреева.

Результаты исследований физиков ТГУ послужат научной основой для создания новых конструкционных и функциональных материалов на основе ВЭС, адаптированных для космоса и пригодных для изготовления конструкций в условиях Арктики. Тонкие пленки из ВЭС могут быть использованы в качестве защитных покрытий, тепловых барьеров.

Перспективные свойства высокоэнтропийных сплавов делают их потенциально пригодными для применения в качестве инструментов, пресс-форм, штампов, механических частей и деталей печей, которые требуют высокой прочности, термостойкости, сопротивления окислению и износу. Они также обладают превосходной коррозионной стойкостью и могут применяться в качестве деталей насосов, эксплуатируемых в морской воде.

Сейчас коллектив успешно завершает первый год выполнения проекта и представляет результаты исследований на международных конференциях.